DE102009003439A1 - New permanent human cell line - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine permanente humane Zelllinie, umfassend Nukleinsäuresequenzen für die adenoviralen Genfunktionen E1A und E1B und die Nukleinsäuresequenz für das große T-Antigen von SV40 oder das Epstein-Barr-Virus (EBV) Nuclear Antigen-1 (EBNA-1). Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur transienten Expression rekombinanter Polypeptide und Proteine in einer der permanenten humanen Zelllinien.The present invention relates to a permanent human cell line comprising nucleic acid sequences for the adenoviral gene functions E1A and E1B and the nucleic acid sequence for the SV40 large T antigen or the Epstein-Barr virus (EBV) nuclear antigen-1 (EBNA-1). The present invention further relates to a method for the transient expression of recombinant polypeptides and proteins in one of the permanent human cell lines.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine permanente humane Zelllinie, umfassend die Nukleinsäuresequenzen für die adenoviralen Genfunktionen E1A und E1B und die Nukleinsäuresequenz für das große T-Antigen von SV40 oder das Epstein-Barr-Virus (EBV) Nuclear Antigen-1 (EBNA-1). Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur transienten Expression rekombinanter Polypeptide und Proteine in einer der permanenten humanen Zelllinie.The The present invention relates to a permanent human cell line, comprising the nucleic acid sequences for the adenoviral Gene functions E1A and E1B and the nucleic acid sequence for the large T-antigen of SV40 or the Epstein-Barr virus (EBV) Nuclear Antigen-1 (EBNA-1). The present invention relates a method for the transient expression of recombinant polypeptides and proteins in one of the permanent human cell line.
Neben
Bakterien, Hefen und Pflanzenzellen werden insbesondere tierische
Zellen zur Produktion rekombinanter Polypeptide oder Proteine verwendet. Etwa
60–70% aller therapeutischen Proteine werden heute in Säugerzellen
produziert (
Bei
der sog. transienten Expression wird dagegen die durch Transfektion
in die Zelle eingebrachte Nukleinsäure, die das gewünschte
Polypeptid oder Protein codiert, nicht in die chromosomale DNA der Zelle
integriert bzw. nicht auf dieses Ereignis selektioniert, und damit
wird die eingebrachte Nukleinsäure in der Regel im Laufe
der Zellteilungen während des Wachstums der Kultur ausverdünnt
und geht verloren, was die vorübergehende, transiente Natur
dieses Expressionsverfahrens bedingt. Die Selektion stabiler Produktionszelllinien
mit guter Expressionseffizienz dauert einige Monate und verursacht
beträchtliche Kosten. Durch transiente Expression können
dagegen durchaus Milligramm-Mengen des gewünschten Polypeptids
oder Proteins innerhalb einiger Tage hergestellt werden. Geschwindigkeit
und Kosten sind wesentliche Faktoren bei der industriellen Entwicklung
von biopharmazeutischen und diagnostischen Produkten. Die transiente
Expression von Proteinen in kleineren Mengen oder von verschiedenen
Varianten eines Proteins wird deshalb außer in der Grundlagenforschung
für die frühe explorative und präklinische
Entwicklung durchgeführt, z. B. bei der Target- Identifizierung,
Assay-Entwicklung, biochemischen Charakterisierung der Genprodukte,
für die Toxikologie und pharmakokinetische sowie pharmakodynamische
Untersuchungen (
Sezernierte,
membranständige und intrazelluläre Proteine konnten
bisher durch transiente Genexpression hergestellt werden. Säugerzellen
sind für viele komplexe Proteine die derzeit gebräuchlichen
Expressionssysteme, insbesondere wenn die Proteine für
therapeutische Zwecke eingesetzt werden sollen, da prokaryotische
und niedrige eukaryotische Zellsysteme (z. B. Hefen) hinsichtlich
posttranslationaler Modifikationen deutlich benachteiligt sind. Für
die transiente Proteinexpression wurden bisher im wesentlichen vier
Säugerzelllinien verwendet: COS-1 bzw. COS-7-Zellen, die
von der CV-1-Affennierenzelllinie der afrikanischen Grünen
Meerkatze abstammen; BHK-Zellen, die von neonatalen Hamster-Nierenzellen
abstammen; CHO-Zellen, die von Ovarialzellen des Chinesischen Hamsters
abstammen; und HEK293-Zellen, eine humane embryonale Nierenzelllinie
mit neuronalen Charakteristika (
Die
beschriebenen Verfahren zur transienten Expression von Polypeptiden
und Proteinen auf der Basis lange bekannter Zelllinien haben in
verschiedener Hinsicht Nachteile. Ein Problem im Zusammenhang mit
transienten Verfahren sind die geringen Expressionsleistungen. Zur
Verbesserung der zellulären Expressionsausbeuten wurden
verschiedene genetische Systeme benutzt, um die Anzahl der Genkopien
pro Zelle mit Hilfe episomaler Replikation der eingebrachten Nukleinsäure
zu erhöhen. COS-Zellen exprimieren das große T-Antigen
von Simian Virus 40 (SV40), ein Replikationsfaktor, der eine episomale Replikation
von Plasmiden, die einen SV40-Replikationsursprung (SV40 ori) tragen,
auf hohe Kopienzahl bewirkt. Initiales Ereignis dieser Replikation
ist die Bindung des T-Antigens an den SV40-Replikationsursprung
(SV40 ori), wodurch zelluläre Replikationsfaktoren an den
DNA/T-Antigen-Komplex rekrutiert und eine Replikation mittels zellulärer
DNA-Polymerase eingeleitet wird. Von der HEK293-Zelllinie, die vor
etwa 30 Jahren durch Transformation humaner embryonaler Nierenzellen
mit gescherter Adenovirus-Typ 5-DNA generiert wurde und die gut
transfizierbar ist, wurden zwei genetische Varianten beschrieben,
die ebenfalls das große T-Antigen von SV40 (HEK293T) bzw.
das Epstein-Barr-Virus (EBV) Nuclear Antigen-1 (EBNA-1) exprimieren
(HEK293E oder 293EBNA-1). Diese Zelllinien sollen eine episomale
Replikation oder Amplifikation von Plasmiden gewährleisten,
die einen SV40-ori bzw. einen EBV-oriP enthalten. Der Replikationsfaktor
EBNA-1 wechselwirkt im letzteren Falle mit dem EBV-Replikationsursprung
oriP. Zumindest für HEK293E-Zellen ist eine Erhöhung
der Expressionsausbeuten bei Verwendung von oriP-enthaltenden Expressions-Plasmiden
nachgewiesen. Im Gegensatz zur Verwendung von EBNA-1 in Kombination
mit dem Replikationsursprung oriP deuten manche Studien darauf hin, dass
keine starke Replikation von SV40-ori-haltigen Plasmiden in HEK293T-Zellen
erfolgt (
Ein
weiterer Nachteil der bisher für die rekombinante Proteinexpression
verwendeten Zellsysteme besteht darin, dass sich manche Zelllinien
auf Grund guter Transfizierbarkeit und der Fähigkeit zur episomalen
Plasmid-Amplifikation zwar für die transiente Expression
eignen (z. B. HEK293T oder HEK293E-Zellen), aber andere Zelllinien
wegen ihrer Kultivierungseigenschaften und Ausbeuten bevorzugt für
die Herstellung stabiler Zelllinien verwendet werden (z. B. CHO-Zellen).
Da sich Zellsysteme in verschiedenen Aspekten der posttranslationalen
Modifikation aber deutlich unterscheiden, können nach transienter
Expression (meist in der frühen Entwicklungsphase proteintherapeutischer
Produkte) in einem best. Zellsystem gewonnene Daten zu Struktur und
Funktion der Genprodukte nur sehr eingeschränkt auf die
Struktur und Funktion dieser Genprodukte nach Expression in stabilen
Zelllinien eines anderen Zellsystems (meist in der späteren
Entwicklungsphase, für klinische Studien und Marktversorgung) übertragen
werden. Bei vielen therapeutischen Produktkandidaten sind posttranslationale
Modifikationen, wie z. B. Glykosylierung, Phosphorylierung, Carboxylierung,
Palmitylierung oder spezifische Spaltungen, für unterschiedliche
Eigenschaften der Expressionsprodukte von großer Bedeutung.
Sie können wesentlichen Einfluss auf die Aktivität,
Löslichkeit, Halbwertszeit, Stabilität oder Immunogenität haben.
Deshalb spielen humane Zellsysteme für die Herstellung
therapeutischer Proteine eine zunehmende Rolle; nur humane Zellen
als Produktionsstätten gewährleisten eine authentische,
humane Modifizierung der Expressionsprodukte und reduzieren damit
das Risiko beeinträchtigter Produktqualitäten oder
unerwünschter Nebenwirkungen. So ist beispielsweise für
rekombinantes Erythropoietin, das humantherapeutisch eingesetzt
wird, bekannt, dass in CHO-Zellen hergestelltes Protein (Epoetin
Alpha) N-Glycolyl-Neuraminsäure-Reste in seinen Kohlenhydrat-Seitenketten
aufweist, während das in humanen Zellen hergestellte Protein
(Epoetin Delta) – genauso wie das natürliche humane
Erythropoietin – keine solchen Zuckerreste enthält.
Vor dem Hintergrund, dass der Mensch nachweislich zirkulierende Antikörper
gegen diese „fremden” Zuckerstrukturen bildet,
erscheint der Einsatz eines humanen Expressionssystems vorteilhaft
(
Humane Zellen sind für die Herstellung humaner Biotherapeutika besonders gut geeignet, da sie komplexe Polypeptide – im Gegensatz zu anderen zu anderen Säugerzellen oder tierischen Zellen – mit authentischem posttranslationalem Modifikationsmuster exprimieren. Das Glykosylierungsmuster komplexer rekombinanter Proteine, also die Struktur und Anordnung der Zuckerreste im Molekül, wird bei einer Herstellung in humanen Zellen wesentlich besser das Muster des authentischen humanen Polypeptids reproduzieren als bei einer Herstellung in nicht-humanen Produktionssystemen. Dieses Glykosylierungsmuster ist häufig für wichtige Eigenschaften des Polypeptids wie biologische Aktivität, Stabilität, Löslichkeit und Immunogenität von entscheidender Bedeutung.humane Cells are for the production of human biotherapeutics Particularly suitable because they are complex polypeptides - im Unlike other mammalian or animal cells Cells - with an authentic post-translational modification pattern express. The Glycosylation Pattern of Complex Recombinant Proteins, that is, the structure and arrangement of the sugar residues in the molecule, becomes much better when produced in human cells Patterns of authentic human polypeptide reproduce as a production in non-human production systems. This glycosylation pattern is often for important properties of the polypeptide such as biological activity, stability, solubility and immunogenicity of vital importance.
Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein humanes Zellsystem bereitzustellen, das sich für die transiente Expression von Polypeptiden und die Herstellung stabiler Produktionszelllinien gleichermaßen gut eignet.Therefore the invention is based on the object, a human cell system to provide for transient expression of polypeptides and the production of stable production cell lines alike good.
Die Aufgabe wird durch den in den Patentansprüchen definierten Gegenstand gelöst.The Task is defined by the in the claims Object solved.
Die nachfolgenden Figuren erläutern die Erfindung.The The following figures explain the invention.
Unter
dem Begriff „Amniozyten” wie hier verwendet versteht
man im weiteren Sinne alle Zellen, die im Fruchtwasser vorhanden
sind und durch Fruchtwasserpunktion gewonnen werden können. Die
Zellen stammen entweder vom Amnion oder von fetalem Gewebe, das
im Kontakt mit der Amnionflüssigkeit ist. Es wurden drei
Hauptklassen von Amniozyten beschrieben, die auf Grund morphologischer Kriterien
unterschieden werden: Fibroblastenartige Zellen (F-Zellen), epitheloide
Zellen (E-Zellen) und Amnionflüssigkeitszellen (Amniotic
Fluid Cells, AF-Zellen) (
Unter dem Begriff „Expressionskassette” wird insbesondere ein Nukleinsäuremolekül bzw. ein Bereich eines Nukleinsäuremoleküls verstanden, das ein vor der codierenden Region liegendes regulatorisches Element oder Promotor, eine codierende Region bzw. einen offenen Leserahmen, sowie ein hinter der codierenden Region liegendes transkriptionelles Terminationselement enthält. Das vor der codierenden Region liegende regulatorische Element bzw. der Promotor kann ein konstitutiver, d. h. permanent die Transkription aktivierender Promotor (z. B. CMV-Promotor) oder ein regulierbarer, d. h. an- und/oder abschaltbarer Promotor (z. B. Tetrazyklin-regulierbarer Promotor) sein. Die codierende Region der Expressionskassette kann ein durchgehender offener Leserahmen wie bei einer cDNA mit einem Startcodon am 5'-Ende und einem Stoppcodon am 3'-Ende sein. Die codierende Region kann aus einer genomischen oder einer neu kombinierten Anordnung von codierenden Exons und dazwischenliegenden, nicht-codierenden Introns bestehen. Die codierende Region der Expressionskassette kann aber auch aus mehreren offenen Leserahmen bestehen, die durch sog. IRES (Internal Ribosome Entry Sites) voneinander getrennt sind.Under The term "expression cassette" is used in particular a nucleic acid molecule or a region of a Nucleic acid molecule understood that a before the coding region lying regulatory element or promoter, a coding region or an open reading frame, as well as a behind the coding region transcriptional termination element contains. The regulatory upstream of the coding region Element or the promoter can be constitutive, d. H. permanently the Transcription activating promoter (eg CMV promoter) or a adjustable, d. H. activatable and / or deactivatable promoter (eg Tetracycline-regulatable promoter). The coding region The expression cassette can be a continuous open reading frame as in a cDNA with a start codon at the 5 'end and a stop codon at the 3'-end be. The coding region may be from a genomic or a newly combined array of coding exons and intervening, consist of non-coding introns. The coding region of the expression cassette but can also consist of several open reading frames, by so-called IRES (Internal Ribosome Entry Sites) are separated.
Unter dem Begriff „permanente Zelllinien” wie hier verwendet versteht man Zellen, die derart genetisch verändert sind, dass sie unter geeigneten Kulturbedingungen permanent in Zellkultur weiterwachsen können. Solche Zellen werden auch immortalisierte Zellen genannt.Under the term "permanent cell lines" as used herein one understands cells that are so genetically modified, that they are permanently in cell culture under suitable culture conditions can continue to grow. Such cells are also immortalized Called cells.
Unter dem Begriff „Polypeptid” oder „rekombinantes Polypeptid” wie hier verwendet werden Peptide aus mindestens 2 Aminosäuren verstanden. Das Polypeptid kann ko- und/oder post-translational modifiziert werden, z. B. durch das Anhängen von Zuckerresten oder durch Modifikation von Aminosäureresten. Das Polypeptid kann linear, zirkulär oder verzweigt sein. Ferner kann das Polypeptid aus mehr als einer Aminosäurekette bestehen, wobei die Ketten durch intra- und/oder intermolekulare Bindungen mehr oder weniger komplexe Raumstrukturen einnehmen können (z. B. Sekundär-, Tertiär-, Quartärstruktur). Besteht das Polypeptid aus einer Aminosäurekette, kann diese auch durch intramolekulare Bindungen mehr oder weniger komplexe Raumstrukturen einnehmen. Die Polypeptide können pharmakologisch oder immunologisch aktive Polypeptide oder für diagnostische Zwecke verwendete Polypeptide sein.Under the term "polypeptide" or "recombinant Polypeptide "as used herein peptides from at least 2 amino acids understood. The polypeptide may be co- and / or post-translationally modified, eg. B. by attaching of sugar residues or by modification of amino acid residues. The polypeptide may be linear, circular or branched. Furthermore, the polypeptide may consist of more than one amino acid chain exist, whereby the chains by intra- and / or intermoleculare Bindings can take more or less complex spatial structures (eg secondary, tertiary, quaternary structure). If the polypeptide consists of an amino acid chain, can these are also more or less complex due to intramolecular bonds Occupy spatial structures. The polypeptides may be pharmacologically or immunologically active polypeptides or for diagnostic Purpose used polypeptides.
Unter dem Begriff „primäre Zellen” wie hier verwendet versteht man Zellen, die durch direkte Entnahme aus einem Organismus oder einem Gewebe erhalten und in Kultur genommen wurden. Primäre Zellen besitzen nur eine sehr begrenzte Lebensdauer.Under the term "primary cells" as used herein One understands cells by direct removal from an organism or a tissue and taken into culture. Primary cells have only a very limited lifespan.
Unter dem Begriff „Produktionszelllinien” wie hier verwendet versteht man permanente Zelllinien, die durch Einbringen eines Transgens, welches das zu produzierende gewünschte Polypeptid codiert, stabil genetisch verändert wurden.Under the term "production cell lines" as used herein one understands permanent cell lines which, by introducing a transgene, which encodes the desired polypeptide to be produced, stable were genetically modified.
Unter dem Begriff ”CAP” wie hier verwendet versteht man permanente humane Amniozytenzelllinien, die durch Immortalisierung von primären humanen Amniozyten mit adenoviralen Genfunktionen E1A und E1B generiert worden sind.Under understands the term "CAP" as used herein one permanent human amniocytic cell lines by immortalization of primary human amniocytes with adenoviral gene functions E1A and E1B have been generated.
Unter dem Begriff ”CAP-T” wie hier verwendet versteht man CAP-Zellen, die zusätzlich mit einem Nukleinsäuremolekül enthalten die Sequenz des SV40 großen T-Antigens stabil transfiziert wurden.Under the term "CAP-T" as used herein one CAP cells, in addition to a nucleic acid molecule contain the sequence of SV40 large T antigen stable were transfected.
Unter dem Begriff „Transfektion” wie hier verwendet wird jedes Verfahren verstanden, das sich zum Einbringen der genannten Nukleinsäure(n) in die Zellen eignet. Als Beispiele sind die klassische Kalziumphosphat-Methode, Elektroporation, liposomale Systeme jeglicher Art und Kombinationen dieser Verfahren zu nennen.Under the term "transfection" as used herein is understood to be any process which is suitable for the introduction of said Nucleic acid (s) in the cells is suitable. As examples are the classic calcium phosphate method, electroporation, liposomal To name systems of any kind and combinations of these methods.
Unter dem Begriff „transiente Expression” wie hier verwendet versteht man jedes Verfahren, bei dem durch Transfektion Nukleinsäure(n) in die Zelle eingebracht werden, ohne dass durch ein geeignetes Selektionsverfahren stabile Zelllinien selektioniert werden, die auf Dauer in der Zellkultur weiter kultiviert werden können.Under the term "transient expression" as used herein is any method of transfecting nucleic acid (s) be introduced into the cell without a suitable selection method stable cell lines are selected that persist in cell culture can be cultivated further.
Unter dem Begriff „stabile Expression” wie hier verwendet versteht man die Expression eines Transgens in Produktionszelllinien.Under the term "stable expression" as used herein One understands the expression of a transgene in production cell lines.
Unter dem Begriff „Transgen” wie hier verwendet versteht man die ein rekombinantes Polypeptid codierende Nukleinsäuresequenz.Under understands the term "transgene" as used herein the nucleic acid sequence encoding a recombinant polypeptide.
Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft eine permanente humane Zelllinie, umfassend die Nukleinsäuresequenzen für die adenoviralen Genfunktionen E1A und E1B und die Nukleinsäuresequenz für das große T-Antigen von SV40 oder das Epstein-Barr-Virus (EBV) Nuclear Antigen-1 (EBNA-1).An object of the present invention relates to a permanent human cell line comprising the nucleic acid sequences for the adenoviral gene functions E1A and E1B and the nucleic acid sequence for the SV40 large T-antigen or the Epstein-Barr virus (EBV) Nuclear Antigen-1 (EBNA-1).
Die permanente humane Zelllinie wird durch Immortalisierung von primären humanen Zellen mit den adenoviralen Genfunktionen E1A und E1B generiert; sog. 1. Transfektion. Anschließend wird die permanente humane Zellinie in einer Ausführungsform stabil mit einem Nukleinsäuremolekül transfiziert, das eine Expressionskassette codierend für das große T-Antigen von SV40, einen Replikationsfaktor, enthält, sog. 2. Transfektion. Vorzugsweise enthält die Expressionskassette eine nicht-sezernierte Form des großen T-Antigens von SV40.The permanent human cell line is characterized by immortalization of primary human cells with the adenoviral gene functions E1A and E1B generated; so-called 1st transfection. Subsequently, the permanent human cell line stable in one embodiment with a Nucleic acid molecule transfected containing an expression cassette encoding the SV40 large T antigen, one Replication factor, contains, so-called 2. Transfection. Preferably the expression cassette contains a non-secreted Shape of SV40 large T antigen.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die permanente humane Zelllinie stabil mit einem Nukleinsäuremolekül transfiziert, das eine Expressionskassette co dierend für das Epstein-Barr-Virus (EBV) Nuclear Antigen-1 (EBNA-1) enthält, sog. 2. Transfektion. Vorzugsweise enthält die Expressionskassette eine nicht-sezernierte Form des Epstein-Harr-Virus (EBV) Nuclear Antigen-1 (EBNA-1).In another embodiment of the present invention The permanent human cell line becomes stable with a nucleic acid molecule which transfected an expression cassette for the Contains Epstein-Barr virus (EBV) Nuclear Antigen-1 (EBNA-1), so-called 2nd transfection. Preferably, the expression cassette contains a non-secreted form of the Epstein-Harr virus (EBV) Nuclear Antigen-1 (EBNA-1).
Die zur Immortalisierung der primären humanen Zellen verwendeten Nukleinsäuremoleküle umfassen E1A- und E1B-Nukleinsäuresequenzen, die vorzugsweise von humanen Adenoviren stammen, insbesondere vom humanen Adenovirus Serotyp 5. Eine beispielhafte Sequenz findet sich in Genbank Acc. Nr. X02996. Insbesondere umfassen die Nukleinsäuremoleküle die Nukleotide 1 bis 4344 (SEQ ID NO: 1), 505 bis 3522 (SEQ ID NO: 2) oder die Nukleotide 505 bis 4079 (SEQ ID NO: 3) des humanen Adenovirus Serotyp 5.The used for immortalization of primary human cells Nucleic acid molecules include E1A and E1B nucleic acid sequences, preferably derived from human adenoviruses, in particular from human adenovirus serotype 5. An exemplary sequence finds join Genbank Acc. No. X02996. In particular, the nucleic acid molecules include nucleotides 1 to 4344 (SEQ ID NO: 1), 505 to 3522 (SEQ ID NO: 1) 2) or nucleotides 505 to 4079 (SEQ ID NO: 3) of the human adenovirus Serotype 5.
Die
Expressionskassette enthält in einer Ausführungsform
insbesondere die Sequenz für das große SV40 T-Antigen
(SEQ ID NO: 4), die Sequenz für einen Promotor ausgewählt
aus der Gruppe CMV-Promotor (SEQ ID NO: 5), CAG-Promotor (
Die
Expressionskassette enthält in einer weiteren Ausführungsform
insbesondere die Sequenz für das Epstein-Barr-Virus (EBV)
Nuclear Antigen-1 (EBNA-1) (SEQ ID NO: 8), die Sequenz für
einen Promotor ausgewählt aus der Gruppe CMV-Promotor (SEQ
ID NO: 5), CAG-Promotor (
Die primären humanen Zellen werden durch direkte Entnahme aus dem Organismus oder einem dem Organismus entnommenen Gewebe erhalten und in Kultur genommen. Bevorzugt sind solche primären humanen Zellen, die durch Expression von adenoviralem E1A und E1B gut in permanente humane Zelllinien umgewandelt werden können, insbesondere Amniozytenzellen, embryonale Retinazellen und embryonale Zellen neuronalen Ursprungs.The primary human cells are characterized by direct withdrawal the organism or a tissue taken from the organism and taken in culture. Preferred are such primary human Cells produced by expression of adenoviral E1A and E1B well in permanent human cell lines can be converted in particular amniocytic cells, embryonic retinal cells and embryonic Cells of neuronal origin.
Die erfindungsgemäßen Zelllinien können auch aus bereits vorhandenen permanenten humanen Zelllinien hergestellt werden, die in ihrem Genom die Nukleinsäuresequenzen für die adenoviralen Genfunktionen E1A und E1B aufweisen. Dazu werden die vorhandenen permanenten humanen Zelllinien bei Bedarf mit den vorstehend beschriebenen Nukleinsäuremole killen enthaltend eine Expressionskassette codierend für das große T-Antigens von SV40 oder das Epstein-Barr-Virus (EBV) Nuclear Antigen-1 (EBNA-1) transfiziert. Der Fachmann erkennt, dass die 2. Transfektion zeitlich nur insoweit abhängig von der 1. Transfektion der primären humanen Zelle ist, als dass sie nach der 1. Transfektion erfolgen muss. Es ist nicht erforderlich, dass die 2. Transfektion unmittelbar nach der 1. Transfektion erfolgen muss. So können auch bereits seit etlichen Jahren etablierte permanente humane Zelllinien, die mit E1A und/oder E1B immortalisiert worden sind, bei Bedarf mit den vorstehenden Nukleinsäuremolekülen in einer 2. Transfektion transfiziert werden. Vorzugsweise können dazu immortalisierte humane Amniocyten, immortalisierte humane embryonale Retinazellen, insbesondere PER.C6-Zellen, oder immortalisierte humane embryonale Zellen neuronalen Ursprungs, insbesondere HEK293-Zellen, verwendet werden.The Cell lines according to the invention can also made from existing permanent human cell lines be in their genome, the nucleic acid sequences for have the adenoviral gene functions E1A and E1B. To do this the existing permanent human cell lines when needed with the containing nucleic acid molecules described above an expression cassette coding for the large SV40 T-antigen or Epstein-Barr virus (EBV) Nuclear Antigen-1 (EBNA-1) transfected. The skilled artisan recognizes that the 2nd transfection time only dependent on the 1st transfection of the primary human cell, than that after the 1. Transfection must be done. It is not necessary that the 2. Transfection must take place immediately after the 1st transfection. So can already been established for several years permanent human cell lines immortalized with E1A and / or E1B if necessary with the above nucleic acid molecules be transfected in a 2nd transfection. Preferably in addition immortalized human amniocytes, immortalized human embryonic Retinal cells, in particular PER.C6 cells, or immortalized human embryonic cells of neuronal origin, in particular HEK293 cells, be used.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur transienten Expression von rekombinanten Polypeptiden oder Proteinen, unter Verwendung der erfindungsgemäßen permanenten humanen Zelllinie.One Another object of the present invention relates to a method for the transient expression of recombinant polypeptides or proteins, using the permanent invention human cell line.
Enthält die erfindungsgemäße permanente humane Zelllinie die Nukleinsäuresequenz für das große T-Antigen von SV40, wird die Zelllinie mit einem Expressionsplasmid transfiziert, das eine Expressionskassette für das zu exprimierende Transgen und den SV40-Replikationsursprung (SV40 ori) enthält. Das in der Zelllinie stabil intrazellulär exprimierte große T-Antigen von SV40 bindet an den SV40-Replikationsursprung des durch Transfektion in die Zelllinie eingebrachten Expressionsplasmids und bewirkt eine episomale Replikation des Expressionsplasmids und dadurch eine Amplifizierung der Kopienzahl des zu exprimierenden Transgens. Das vom Transgen codierte gewünschte Genprodukt kann nach Kultivierung der Zellen für einige Tage aus den Zellen oder aus dem Kulturüberstand gewonnen werden. Das Transgens wird somit transient exprimiert.contains the permanent human cell line according to the invention the nucleic acid sequence for the big one SV40 T antigen, the cell line is linked to an expression plasmid transfected, which is an expression cassette for the to be expressed Transgene and the SV40 origin of replication (SV40 ori). The stably expressed intracellularly in the cell line SV40 T-antigen binds to the SV40 origin of replication Transfection into the cell line introduced expression plasmids and causes episomal replication of the expression plasmid and thereby an amplification of the copy number of the transgene to be expressed. The transgene-encoded desired gene product can be after Cultivating the cells for a few days from the cells or recovered from the culture supernatant. The transgene is thus transiently expressed.
Enthält die erfindungsgemäße permanente humane Zelllinie die Nukleinsäuresequenz für das Epstein-Barr-Virus (EBV) Nuclear Antigen-1 (EBNA-1), wird die Zelllinie mit einem Expressionsplasmid transfiziert, das eine Expressionskassette für das zu exprimierende Transgen und den EBV-Replikationsursprung (EBV oriP) enthält. Das in der Zelllinie stabil intrazellulär exprimierte EBNA-1 von EBV bindet an den oriP-Replikationsursprung des durch Transfektion in die Zelllinie eingebrachten Expressionsplasmids und bewirkt eine episomale Replikation des Expressionsplasmids und dadurch eine Amplifizierung der Kopienzahl des zu exprimierenden Transgens. Das vom Transgen codierte gewünschte Genprodukt kann nach Kultivierung der Zellen für einige Tage aus den Zellen oder aus dem Kulturüberstand gewonnen werden. Das Transgens wird somit transient exprimiert.contains the permanent human cell line according to the invention the nucleic acid sequence for Epstein-Barr virus (EBV) Nuclear Antigen-1 (EBNA-1), the cell line is linked to an expression plasmid transfected, which is an expression cassette for the to be expressed Transgene and the EBV origin of replication (EBV oriP). Stably intracellularly expressed EBNA-1 in the cell line EBV binds to the oriP origin of replication by transfection introduced into the cell line expression plasmids and causes a episomal replication of the expression plasmid and thereby amplification the copy number of the transgene to be expressed. That from the transgene encoded desired gene product can after cultivating the Cells for a few days from the cells or from the culture supernatant be won. The transgene is thus transiently expressed.
Die erfindungsgemäßen Zellen können in serum-haltigem oder serum-freiem Medium, in adhaerenter Kultur oder in Suspensionskultur kultiviert werden. Die Kultivierung in Suspension kann in verschiedensten Fermentationsgefäßen erfolgen, z. B. in Rührkesselreaktoren, „Wave”-Reaktoren, in Shaker- oder Spinnergefäßen oder in sog. „Roller Bottles”. Die Zellen sind somit für eine Prozess-Expandierung im industriellen Maßstab geeignet. Die Transfektion der Zellen zur transienten Expression kann mit verschiedensten Transfektionsmethoden erfolgen, die oben beschrieben wurden. Transfektion und transiente Expression können auch im „High-Throughput”-Format bzw. -Screening durchgeführt werden, z. B. im 96- oder 384-Well-Format.The Cells according to the invention can be used in serum-containing or serum-free medium, in adherent culture or in suspension culture be cultivated. The cultivation in suspension can be carried out in various ways Fermentation vessels take place, for. In stirred tank reactors, "Wave" reactors, in shaker or spinner vessels or in so-called "scooters Bottles ". The cells are thus for process expansion in the suitable for industrial scale. Transfection of the cells For transient expression can be with various transfection methods done as described above. Transfection and transient Expression can also be in "high-throughput" format or screening, z. B. in the 96 or 384-well format.
T-Antigen von Simian Virus 40 (SV40) ist ein multifunktionales Phosphoprotein, das sowohl die virale Replikation als auch die zellulären Funktionen nach Infektion kontrolliert. T-Antigen ist ein transformierendes Agens und greift über Interaktion mit dem Tumorsupressorprotein p53 in den Zellzyklus ein. Während der Replikation des viralen Genoms wird T-Antigen als DNA-Helikase benötigt, um das doppelsträngige Genom zu entwinden. T-Antigen ist das einzige virale Protein, das für die Replikation benötigt wird; die anderen Funktionen werden von zellulären Proteinen erfüllt. Im ersten Schritt der DNA-Replikation binden 12 T-Antigen-Moleküle als Doppelhexamere an den Startpunkt der DNA-Replikation (ori) im SV40 Genom. An diesen Helikase-Komplex binden dann die nötigen zellularen Proteine wie DNA-Polymerase und entwinden und replizieren die DNA. Der sog. „minimale ori” besteht aus einer 63-bp-langen „Core”-Sequenz. Bei einer transienten Transfektion von zirkulären Plasmiden in die Zielzelle erfolgt keine Integration in das Wirtsgenom, was dazu führt, dass die Plasmidkonzentration nach Zellteilung stetig abnimmt und die Expression eines auf dem Plasmid liegenden codierenden Gens nur vorübergehend ist. Das Einbringen des SV40 ori-Fragments in das Expressions-plasmid und die Expression des SV40 T-Antigens in der Produktionszelle führen zu einer erhöhten Kopienzahl des Plasmids und somit zu einer erhöhten Expressionsleistung.T-antigen Simian Virus 40 (SV40) is a multifunctional phosphoprotein, this is both viral replication and cellular Functions after infection controlled. T-antigen is a transforming one Agent and accesses interaction with the tumor suppressor protein p53 into the cell cycle. During the replication of the viral genome, T antigen is needed as a DNA helicase, to get rid of the double-stranded genome. T antigen is the only viral protein needed for replication; The other functions are of cellular proteins Fulfills. In the first step of DNA replication bind 12 T-antigen molecules as double hexamers at the starting point DNA replication (ori) in the SV40 genome. At this helicase complex then bind the necessary cellular proteins like DNA polymerase and unwind and replicate the DNA. The so-called "minimal ori "consists of a 63-bp" core "sequence. In transient transfection of circular plasmids into the target cell there is no integration into the host genome, which This causes the plasmid concentration after cell division steadily decreasing and the expression of one lying on the plasmid coding gene is only temporary. The introduction of the SV40 ori fragment into the expression plasmid and expression of the SV40 T antigen in the production cell lead to a increased copy number of the plasmid and thus to an increased Expression performance.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur transienten Expression von Polypeptiden und Proteinen hat den Vorteil, dass es hinsichtlich der Quantität und Qualität des rekombinanten Genpro duktes leistungsfähiger und damit im Gesamtprozess der industriellen Entwicklung von Protein-basierten Therapeutika auch kostengünstiger ist als bisher verwendete Verfahren. Insbesondere ist von Vorteil, dass ein hocheffizientes transientes Expressionssystem auf der Grundlage einer humanen Zelllinie bereitgestellt wird, die erstens im Gegensatz zu nicht-humanen Säugerzellen oder Nicht-Säugerzellen humane Proteine authentisch posttranslational modifiziert, und zweitens gleichermaßen gut für die Etablierung stabiler Produktionszelllinien im industriellen Herstellungsprozess geeignet ist. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass im Zuge der Entwicklung diagnostischer oder therapeutischer Produkte qualitative Merkmale des Genproduktes nach transienter Expression in der frühen Entwicklungsphase und nach stabiler Expression in permanenten Produktionszelllinien in der späten Phase und industriellen Herstellung größtmögliche Identität insbesondere im Hinblick auf Unterschiede in diesen Merkmalen, die in der Natur des Zellsystems begründet sein können, aufweisen.The inventive method for transient expression Of polypeptides and proteins has the advantage that it is in terms of the quantity and quality of the recombinant gene product more efficient and thus in the overall process of industrial Development of protein-based therapeutics also cheaper is as previously used method. In particular, it is advantageous that a highly efficient transient expression system based on a human cell line is provided, the first, in contrast to non-human mammalian cells or non-mammalian cells human proteins are authentically post-translationally modified, and secondly equally stable for the establishment Production cell lines suitable in the industrial production process is. In this way it can be ensured that in the course of the Development of diagnostic or therapeutic products qualitative Characteristics of the gene product after transient expression in the early Development phase and stable expression in permanent production cell lines in the late phase and industrial production as possible Identity especially with regard to differences in These features are based on the nature of the cell system may be.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die erfindungsgemäßen permanenten humanen Zelllinien hohe Expressionsausbeuten bei transienter Expression aufweisen. So wurden bei transienter Expression in SV40-T-Antigen-produzierenden Amniozytenzelllinien nach Transfektion mit einem Plasmidvektor, der außer der codierenden Sequenz für das gewünschte Genprodukt einen SV40-Replikationsursprung (SV40 ori) trägt, unerwarteterweise sehr hohe Produktausbeuten im Kulturüberstand von bis zu 60 mg/Liter gefunden. Die Produktausbeuten waren mehr als 70-fach höher als bei transienter Expression in einer Amniozytenzelllinie, die kein T-Antigen exprimiert.One Another advantage of the present invention is that the permanent human cell lines of the invention have high expression yields with transient expression. Thus, in transient expression in SV40-T antigen-producing Amniocyte cell lines after transfection with a plasmid vector, the other than the coding sequence for the desired Gene product carries an SV40 origin of replication (SV40 ori), unexpectedly very high product yields in the culture supernatant found up to 60 mg / liter. The product yields were more than 70-fold higher than transient expression in one Amniocytic cell line expressing no T antigen.
Ein
weiterer Vorteil der permanenten humanen Zelllinie gemäß der
vorliegenden Erfindung besteht darin, dass ein humanes Zellsystem,
vorzugsweise basierend auf immortalisierten humanen Amniozyten,
bereitgestellt wird, das sich sowohl für die transiente
Expression von Proteinen als auch für die stabile Expression
von Proteinen in permanenten Produktionszelllinien (
Die
Nukleinsäuresequenzen für die Expression des mindestens
einen rekombinanten Polypeptids liegen in mindestens einer Expressionskassette vor.
Die Expressionskassetten enthalten Promotoren und transkriptionelle
Terminationssequenzen. Als Promotoren können z. B. CMV-(Cytomegalievirus-)Promotor
(
Die rekombinanten Polypetide können therapeutische Proteine wie z. B. humanes Alpha 1-Antitrypsin oder Wachstumsfaktoren wie Erythropoietin oder Interleukin-2 sein. Humanes Alpha 1-Antitrypsin (hAAT) ist ein Proteinase-Inhibitor, der Elastase und andere Proteinasen inhibiert und bei erblichem hAAT-Mangel, der zu schweren Lungen- und Leberschädigungen führt, therapeutisch wirksam ist. Bei Erythropoietin handelt es sich um einen wichtigen Wachstumsfaktor für Erythrozyten (rote Blutkörperchen), der bei Anämie sowie bei Transplantationspatienten blutbildende Wirkung hat. Interleukin-2 (Il-2) zählt zu den zellulären Botenstoffen des Immunsystems und hat große Bedeutung bei der Aktivierung der zellulären Immunantwort beispielsweise bei Tumorerkrankungen. Zu den therapeutisch wirksamen Polypeptiden zählen auch Blutgerinnungsfaktoren wie z. B. Faktor VIII und Faktor IX, die bei Hämophilie-Patienten mit Gerinnungsstörungen eingesetzt werden. Das rekombinante Polypeptid des erfindungsgemäßen Verfahrens kann ein Hormon sein. Biotechnologisch hergestellte Hormone werden in der Substitutionstherapie bei Patienten mit hormonellen Störungen verwendet. Beispiele sind das blutzuckersenkende Hormon Insulin, auf das viele Diabetes mellitus-Patienten angewiesen sind, Somatotropin (Wachstumshormon) für die Behandlung von Zwergwüchsigkeit, und gonadotrope Faktoren wie Follikelstimulierendes Hormon (FSH) oder Luteinisierendes Hormon (LH) für die Behandlung von Fertilitätsstörungen. Die rekom binanten Polypeptide können weiterhin Enzyme sein, die intrazellulär oder im Kulturüberstand gleichzeitig exprimierte andere rekombinante Polypeptide posttranslational modifizieren, z. B. an der Glykosylierung beteiligte Enzyme.The recombinant polypetides can be therapeutic proteins such as For example, human alpha 1-antitrypsin or growth factors such as Erythropoietin or interleukin-2. Human alpha 1-antitrypsin (hAAT) is a proteinase inhibitor, elastase and other proteinases hereditary hAAT deficiency leading to severe lung and liver damage, therapeutically effective is. Erythropoietin is an important growth factor for erythrocytes (red blood cells), at Anemia as well as blood-forming in transplant patients Has effect. Interleukin-2 (Il-2) is one of the cellular Messengers of the immune system and is of great importance the activation of the cellular immune response, for example in tumor diseases. To the therapeutically effective polypeptides also include blood coagulation factors such. B. Factor VIII and factor IX, which in hemophilia patients with coagulation disorders be used. The recombinant polypeptide of the invention Procedure can be a hormone. Biotechnologically produced hormones be in the substitution therapy in patients with hormonal Interference used. Examples are the blood sugar lowering Hormone insulin, which many diabetes mellitus patients rely on are, somatotropin (growth hormone) for the treatment of dwarfism, and gonadotropic factors such as follicle stimulating Hormone (FSH) or luteinizing hormone (LH) for the Treatment of fertility disorders. The rekom binanten Polypeptides may also be enzymes that are intracellular or simultaneously expressed in the culture supernatant modify recombinant polypeptides post-translationally, e.g. B. on enzymes involved in glycosylation.
Das rekombinante Polypetid kann ein rekombinanter Antikörper sein, der zu therapeutischen oder diagnostischen Zwecken eingesetzt werden kann. Antikörper gegen den Tumor-Nekrose-Faktor alpha (TNF-α) werden bei Patienten mit rheumatoider Arthritis, Antikörper gegen den zellulären Rezeptor des Epidermalen Wachstumsfaktors (EGFR) bei Krebspatienten eingesetzt. Für diagnostische Zwecke eingesetzte Antikörper können beispielsweise Bestandteile von kommerziellen Diagnose-Kits sein, die auf Verfahren wie Enzym-gekoppelte Immun-Adsortions-Tests (Enzyme-linked Immuno Sorbent Assay, ELISA) oder radioaktiven Immun-Adsorptions-Tests (Radio Immuno Sorbent Assay, RIA) beruhen. Die Antikörper dienen in diesen Testverfahren zum Nachweis der Antigene von Infektionserregern, wie beispielsweise dem humanen Hepatitis B-Virus.The recombinant polypetide can be a recombinant antibody be used for therapeutic or diagnostic purposes can be. Antibody to tumor necrosis factor alpha (TNF-α) is used in patients with rheumatoid arthritis, Antibody to the cellular receptor of the epidermal Growth factor (EGFR) used in cancer patients. For can be used for diagnostic purposes for example, components of commercial diagnostic kits, which are based on methods such as enzyme-linked immune adsorption tests (enzyme-linked Immuno sorbent assay, ELISA) or radioactive immunoadsorption tests (Radio Immuno sorbent assay, RIA). The antibodies are used in these test methods for detecting the antigens of infectious agents, such as the human hepatitis B virus.
Antikörper oder Immunglobuline (Ig) setzen sich aus einer schweren und einer leichten Kette zusammen, die jeweils aus variablen und konstanten Regionen oder Domänen bestehen. Die Nukleinsäuresequenzen der transfizierten Nukleinsäuremoleküle zur Expression eines Antikörpers können zwei getrennte Expressionskassetten enthalten, von denen die eine die leichte Kette, die andere die schwere Kette des Immunglobulinmoleküls codiert. Nach Expression beider Ketten in der erfindungsgemäßen Zelle lagern sich diese zum aktiven Antikörpermolekül zusammen. Die Expressionskassetten der beiden Ketten können dabei auf getrennten oder auf demselben Nukleinsäuremolekül liegen. Die codierenden Sequenzen für die leichte und die schwere Kette können aber auch innerhalb derselben Expressionskassette liegen und durch eine IRES-Sequenz (internal ribosome entry site, interne Ribosomenbindungsstelle) getrennt werden, die eine Expression sowohl der schweren als auch der leichten Kette gewährleistet. Die codierenden Sequenzen für die leichte und die schwere Kette können prinzipiell auch innerhalb derselben Expressionskassette liegen und durch eine Sequenz getrennt werden, die eine enzymatische Spaltstelle für eine Proteinase (z. B. Thrombin) codiert, welche dann in der Zelle gleichzeitig exprimiert wird und das Vorläufer-Polypeptid aus Leicht- und Schwerkettensequenz in aktive leichte und schwere Kette spaltet.antibody or immunoglobulins (Ig) are composed of a heavy and a light chain together, each consisting of variable and constant regions or domains exist. The nucleic acid sequences the transfected nucleic acid molecules for expression One antibody can be two separate expression cassettes one of which is the light chain, the other the encoded heavy chain of the immunoglobulin molecule. After expression store both chains in the cell of the invention These together to the active antibody molecule. The expression cassettes of the two chains can thereby on separate or on the same nucleic acid molecule lie. The coding sequences for the light and the but heavy chain can also be within the same expression cassette and by an IRES sequence (internal ribosome entry site, internal ribosome binding site) which express both heavy and light chain. The coding sequences for the light and heavy chain can in principle also within the same expression cassette and separated by a sequence containing an enzymatic cleavage site for a proteinase (eg thrombin), which then is expressed simultaneously in the cell and the precursor polypeptide from light and heavy chain sequence in active light and heavy chain splits.
Rekombinante Antikörper, die von der Nukleinsäuresequenz in der erfindungsgemäßen Zelle codiert werden, können auch aus Fragmenten eines Antikörpers bestehen anstelle der kom pletten leichten und schweren Kette. Sogenannte Einzelketten-Antikörper (scFv, single chain variable fragments) bestehen aus den variable Domänen einer schweren und einer leichten Kette, die durch eine Aminosäuresequenz (einen sog. Linker) verbunden werden, die eine freie Beweglichkeit beider Domänen gewährleistet. Durch intramolekulare Zusammenlagerung beider Domänen ensteht eine antigenbindende Struktur, die dem variablen Bereich eines Immunglobulinmolekuls entspricht. Bispezifische Einzelketten-Antikörper (bis-scFv) bestehen aus zwei solchen Einzelketten-Anordnungen aus den variablen Domänen einer schweren und einer leichten Kette, die ihrerseits wiederum durch eine verbindende Sequenz zusammenhängen und gegeneinander beweglich sind; solche Moleküle können an zwei antigene Bindungsstellen (Epitope) gleichzeitig binden und dadurch zwei molekulare Strukturen nicht-kovalent verbinden. Eispezifische Diabodies bestehen aus zwei getrennt exprimierten Einzelketten, die jeweils variable Domänen einer leichten und einer schweren Kette, getrennt nur durch einen sehr kurzen oder ganz ohne Linker, enthalten. Der kurze oder fehlende Linker verhindert die intramolekulare Zusammenlagerung, durch intermolekulare Zusammenlagerung einer variablen schweren und leichten Domäne entsteht wiederum ein aktives Molekül mit zwei Bindungsvalenzen.recombinant Antibodies derived from the nucleic acid sequence in the cell of the invention can be coded also consist of fragments of an antibody instead the complete light and heavy chain. So-called single-chain antibodies (scFv, single chain variable fragments) consist of the variable Domains of a heavy and a light chain passing through an amino acid sequence (a so-called linker) are connected, which ensures free mobility of both domains. By intramolecular assembly of both domains ensteht an antigen-binding structure corresponding to the variable region of an immunoglobulin molecule equivalent. Bispecific single-chain antibodies (bis-scFv) consist of two such single-chain arrangements of the variable Domains of a heavy and a light chain, in turn again linked by a connecting sequence and are movable against each other; such molecules can simultaneously bind to two antigenic binding sites (epitopes) and thereby non-covalently bonding two molecular structures. Bispecific Diabodies consist of two separately expressed single chains, each variable domains of a light and a heavy Chain, separated only by a very short or no linker, contain. The short or missing linker prevents the intramolecular Agglomeration, by intermolecular assembly of a variable heavy and light domain, in turn, creates an active Molecule with two binding valences.
Die von den im vorliegenden Verfahren transfizierten Nukleinsäuremolekülen codierten rekombinanten Polypetide können virale, bakterielle oder parasitäre Proteine sein, die für eine Verwendung als prophylaktische oder therapeutische Impfstoffe (Vakzine) produziert werden sollen. Dabei kann es sich sowohl um Strukturpolypeptide als auch um regulatorische oder enzymatisch aktive Polypeptide von Viren, Bakterien oder Parasiten handeln. Virale Protein können z. B. das Hepatitis B-Virus Oberflächen-Antigen (HBV Surface Antigen) oder das Strukturprotein L1 von humanen Papillomviren sein. Bakterielle Proteine, die nach Expression in Produktionszelllinien für die Impfstoffherstellung in Frage kommen, sind z. B. Enterotoxin-Untereinheiten von enterotoxinogenen Escherichia coli (ETEC) oder Transferrin-bindende Proteine (Transferrin binding Proteins, Tbp A und B) von Neisseria gonorrhoeae. Polypeptide von Parasiten, die von den im vorliegenden Verfahren transfizierten Nukleinsäuremolekülen codiert werden könnten, sind z. B. das Merozoiten-Oberflächenprotein (Merozoite Surface Protein, MSP) des Malariaerregers Plasmodium falciparum oder Glutathion S-transferase (GST) von Schistosoma japonicum.The of the nucleic acid molecules transfected in the present method coded recombinant polypetides can be viral, bacterial or be parasitic proteins for use as a prophylactic or therapeutic vaccine (vaccine) produced should be. These may be both structural polypeptides as well as regulatory or enzymatically active polypeptides of Viruses, bacteria or parasites. Viral protein can z. B. the hepatitis B virus surface antigen (HBV Surface Antigen) or the structural protein L1 of human papillomaviruses. Bacterial proteins after expression in production cell lines for vaccine production in question, z. B. Enterotoxin subunits of enterotoxinogenic Escherichia coli (ETEC) or transferrin-binding proteins (transferrin binding protein, Tbp A and B) of Neisseria gonorrhoeae. Polypeptides of parasites, that of the nucleic acid molecules transfected in the present method could be coded, z. B. the merozoite surface protein (Merozoite Surface Protein, MSP) of the malaria pathogen Plasmodium falciparum or glutathione S-transferase (GST) from Schistosoma japonicum.
Die von den im vorliegenden Verfahren transfizierten Nukleinsäuremolekülen codierten rekombinanten Polypetide können außerdem virale Proteine sein, die in Zelllinien eine Produk tion von rekombinanten viralen Gentransfer-Vektoren erlauben. Diese viralen auch Komplementationsfaktoren genannten Proteine werden in der Zelllinie exprimiert und sind die für die Produktion der Gentransfer-Vektoren notwendigen enzymatischen oder strukturellen Komponenten, die nicht auf dem Nukleinsäuremolekül des Gentransfer-Vektors codiert werden. In solchen Gentransfer-Vektoren sind in der Regel aus Sicherheitsgründen bestimmte virale Genfunktionen deletiert. Zu den Gentransfer-Vektoren, deren Komplementationsfaktoren durch mit dem beschriebenen Verfahren eingebrachte Transgene codiert werden können, gehören beispielsweise Vektoren, die auf Adenovirus, Adenovirus-Assoziiertem Virus (AAV), Retro- oder Lentivirus, oder Herpesvirus basieren. Die in der Zelllinie exprimierten Komplementationsfaktoren können auch deletierte oder rekombinante Viren bei ihrer Produktion komplementieren, die kein zu transferierendes Gen enthalten und damit nicht als Gentransfer-Vektoren fungieren, sondern z. B. als Impfstoff verwendet werden.The of the nucleic acid molecules transfected in the present method Coded recombinant polypeptides may also be used be viral proteins that produce a recombinant cell line allow viral gene transfer vectors. These viral also complementation factors mentioned proteins are expressed in the cell line and are the necessary for the production of gene transfer vectors enzymatic or structural components that are not on the Nucleic acid molecule of the gene transfer vector encoded become. In such gene transfer vectors are usually for safety reasons deletes certain viral gene functions. To the gene transfer vectors, their complementation factors by using the described method introduced transgenes may be encoded for example, vectors associated to adenovirus, adenovirus-associated Virus (AAV), retro or lentivirus, or herpes virus based. The In the cell line expressed complementation factors can also complement deleted or recombinant viruses in their production, which contain no gene to be transferred and thus not as gene transfer vectors act, but z. B. be used as a vaccine.
Die
mit dem vorliegenden Verfahren transient exprimierte Polypeptid
kann ferner ein Rezeptorpolypeptid sein, das insbesondere auf der
Oberfläche der Zelle lokalisiert ist und für die
Infektion der Zelle durch ein Virus bzw. die Transduktion der Zelle durch
einen viralen Gentransfer-Vektor verantwortlich ist. Als viraler
Rezeptor für den initialen Schritt der Infektion von Zellen
mit dem Adenovirus Serotyp 2 oder 5, von denen die meisten konventionellen
adenoviralen Vektoren abgeleitet sind, wurde der sog. Coxsackie-
und Adenovirus-Rezeptor, CAR, identifiziert (
Das beschriebene Verfahren kann unter anderem zur Produktion therapeutischer Polypeptide, Blutgerinnungs- und Wachstumsfaktoren, Hormone und Antikörper sowie viraler, bakterieller oder parasitärer Polypeptide zur Verwendung als Impfstoff verwendet werden. Ferner sind die erfindungsgemäßen Zellen zur Produktion von diagnostisch relevanten Proteinen verwendbar, wie z. B. virale, bakterielle oder parasitäre Antigene oder entsprechende spezifische Antikörper. Ferner sind die erfindungsgemäßen Zellen zur Produktion von technisch oder industriell relevanten Proteinen verwendbar, z. B. von Enzymen zur Katalyse technischer Syntheseprozess oder zum Abbau von Schadstoffen. Die erfindungsgemäßen Zellen können ein oder auch mehrere verschiedene rekombinante Polypeptide exprimieren. Die Anzahl der exprimierbaren Polypeptide hängt davon ab, wie viele verschiedene Nukleinsäuresequenzen codierend für die rekombinanten Polypeptide mit dem erfindungsgemäßen Verfahren in die Zellen transient transfiziert werden.The described method can be used, inter alia, for the production of therapeutic polypeptides, blood coagulation and growth factors, hormones and antibodies as well as viral, bacterial or parasitic polypeptides for use as a vaccine. Furthermore, the cells of the invention are for the production of diagnostically relevant Proteins usable, such. As viral, bacterial or parasitic antigens or corresponding specific antibodies. Furthermore, the cells according to the invention are suitable for the production of technically or industrially relevant proteins, for. As enzymes for catalysis technical synthesis process or the degradation of pollutants. The cells of the invention may express one or more different recombinant polypeptides. The number of expressible polypeptides depends on how many different nucleic acid sequences coding for the recombinant polypeptides are transiently transfected into the cells by the method according to the invention.
Die
folgenden Beispiele erläutern die Erfindung und sind nicht
als einschränkend aufzufassen. Sofern nicht anders angegeben,
wurden molekularbiologische Standardmethoden verwendet, wie z. B. von
1. Klonierungen1. Cloning
a. T-Antigen-Expressionsplasmide: pGS158, pGS159,
pGS161 (
Plasmide
pGS158 (
Für
Plasmid pGS158 wurde pGS149 mit XbaI verdaut und ein ca. 3-kb-Fragment,
enthaltend die Intronsequenz, T-Antigen und PolyA-Sequenz, isoliert.
Dieses Fragment wurde in die NotI-Schnittstelle (5'-Überhang
aufgefüllt) von pGS152 einfügt. pGS152 entstand
durch Einfügen eines 1.1 kb großen CAG-Promotor-Fragments
(
Für Plasmid pGS159 wurde das T-Antigen-enthaltende 3-kb-große XbaI-Fragment aus pGS149 in die aufgefüllte NotI-Schnittstelle von pGS153 eingefügt. pGS153 enthält ein ca. 0,6 kb großes RSV-Promotor-Fragment, eingefügt in die EcoRV-Schnittstelle von pUBBsd. Für Plasmid pGS161 wurde pGS149 mit SphI verdaut, die 3'-Überhänge aufgefüllt, das 3.6-kb-Fragment, enthaltend den CMV-Promotor, das SV40-Intron, die T-Antigen-Sequenz und das PolyA, isoliert und in die EcoRV-Schnittstelle von pUBBsd eingefügt.For Plasmid pGS159 became the 3-kb T antigen-containing XbaI fragment from pGS149 in the padded NotI interface inserted by pGS153. pGS153 contains about 0.6 kb large RSV promoter fragment inserted in the EcoRV interface of pUBBsd. For plasmid pGS161 pGS149 was digested with SphI, the 3 'overhangs filled in, the 3.6 kb fragment containing the CMV promoter, the SV40 intron, the T antigen sequence and the polyA, isolated and inserted into the EcoRV interface of pUBBsd.
b. hAAT-Expressionsplasmide: pGS116, pGS151 (
Plasmid
pGS116 wurde detailliert in
Das
Plasmid pGS151 (
c. Epo-Expressionsplasmide: pGS177 (
Plasmid
pGS 127 wurde detailliert in
2. Überprüfung der Konstrukte2. Review of the constructs
a. Sequenzanalysea. sequence analysis
Die Vollständigkeit aller oben beschriebenen Plasmide wurde durch Restriktionsverdau überprüft. Weiter wurde die korrekte Sequenz und Orientierung des SV40 ori-Fragments in pGS151 und pGS177 durch Sequenzanalyse bestätigt.The completeness of all the above Plasmids were checked by restriction digestion. Furthermore, the correct sequence and orientation of the SV40 ori fragment in pGS151 and pGS177 was confirmed by sequence analysis.
b. Expressionb. expression
Plasmide pGS158, pGS159, pGS161 wurden in Zellen transfiziert und die Expression des T-Antigens mittels Western Blots und eines monoklonalen Antikörpers (Abcam, Cambridge, UK) nachgewiesen.plasmids pGS158, pGS159, pGS161 were transfected into cells and expression of the T antigen by Western blots and a monoclonal antibody (Abcam, Cambridge, UK).
Plasmide pGS116 und pGS151 wurden in CAP-Zellen transfiziert und die Expression und Sekretion von humanem Alpha1-Antitrypsin (hAAT) in den Kulturüberstand mittels ELISA (siehe 5) nachgewiesen.plasmids pGS116 and pGS151 were transfected into CAP cells and expression and secretion of human alpha1-antitrypsin (hAAT) in the culture supernatant detected by ELISA (see FIG. 5).
Ebenso wurden Plasmide pGS127 und pGS177 in CAP-Zellen transfiziert und die Expression von humanem Epo mittels ELISA nachgewiesen (siehe 5).As well plasmids pGS127 and pGS177 were transfected into CAP cells and the expression of human Epo detected by ELISA (see 5).
3. Kultivierung von Zellen3. Cultivation of cells
Amniozyten-(CAP- und CAP-T–)Zellen wurden in 293SFMII Medium (Invitrogen #11686-029), 0,5% Antimykotikum/Antibiotikum (Invitrogen #15240-062), 4 mM L-Glutamin (Invitrogen #25030-024) bei 37°C, 95% Luftfeuchtigkeit, 8% CO2 kultiviert. Das Kultivierungsmedium von CAP-T-Zellen enthielt zusätzlich noch 5 μg/ml Blasticidin (Invitrogen # R210-01). Die Zellen wurden üblicherweise mit einer Startdichte von 2–4 × 105 Zellen/ml in einem Volumen von 12 ml in einer Schüttelflasche angeimpft und im Schüttelinkubator bei 100 rpm für 3–4 Tage kultiviert. Bei einer Dichte von 1–2 × 106 Zellen/ml wurden die Zellen durch Zentrifugation geerntet und mit oben beschriebener Startdichte in frischem Medium weiter kultiviert.Amniocyte (CAP and CAP-T) cells were transfected into 293SFMII medium (Invitrogen # 11686-029), 0.5% antifungal / antibiotic (Invitrogen # 15240-062), 4 mM L-glutamine (Invitrogen # 25030-024 ) at 37 ° C, 95% humidity, 8% CO 2 cultured. The culture medium of CAP-T cells additionally contained 5 μg / ml blasticidin (Invitrogen # R210-01). The cells were usually seeded at a starting density of 2-4 x 10 5 cells / ml in a volume of 12 ml in a shake flask and cultured in the shaking incubator at 100 rpm for 3-4 days. At a density of 1-2 x 10 6 cells / ml, the cells were harvested by centrifugation and further cultured with the above-described start density in fresh medium.
HEK293-T Zellen (ATCC# CRL-11268) wurden in Dulbecco's Modified Eagles Medium (Advanced D-MEM, Invitrogen #12491-015) mit 10% fötalem Kälberserum adherent in Zellkulturschalen kultiviert. Die Zellen wurden schrittweise an serum-freies Suspensionswachstum in 293-SFMII Medium adaptiert und im Schüttelflaschen bei 100 rpm, 37°C, 95% Luftfeuchtigkeit und 8% CO2 kultiviert.HEK293-T cells (ATCC # CRL-11268) were cultured in Dulbecco's Modified Eagles Medium (Advanced D-MEM, Invitrogen # 12491-015) with 10% fetal calf serum adherent in cell culture dishes. The cells were gradually adapted to serum-free suspension growth in 293-SFMII medium and cultured in shake flasks at 100 rpm, 37 ° C, 95% humidity and 8% CO 2 .
4. Herstellung von T-Antigen-exprimierenden Zellpools4. Preparation of T-antigen expressing cell pool
Je 1 × 107 CAP-Zellen wurden mit je 5 μg linearisierter pGSl58-, pGS150- und pGS161-Plasmid-DNA transfiziert und im Schüttelkolben unter den oben beschriebenen Bedingungen kultiviert. Zur Selektion stabil transfizierter Zellen wurden 48 h nach Transfektion 5 μg/ml Blasticidin zugegeben und die Zellen weiter kultiviert, bis nach ca. 3–4 Wochen stabil wachsende Zellpools entstanden. Die Zellpools erhielten die Bezeichnung Z582 (Transfektion mit pGS158, T-Antigen exprimiert vom CAG-Promotor), Z583 (Transfektion mit pGS159, T-Antigen exprimiert vom RSV-Promotor) und Z597 (Transfektion mit pGS161, T-Antigen exprimiert vom CMV-Promotor).1 × 10 7 CAP cells each were transfected with 5 μg of linearized pGSl58, pGS150 and pGS161 plasmid DNA and cultured in the shaking flask under the conditions described above. For the selection of stably transfected cells, 5 μg / ml blasticidin were added 48 hours after transfection and the cells were further cultivated until after about 3-4 weeks stable growing cell pools were formed. The cell pools were designated Z582 (transfection with pGS158, T antigen expressed from the CAG promoter), Z583 (transfection with pGS159, T antigen expressed from the RSV promoter) and Z597 (transfection with pGS161, T antigen expressed from CMV). promoter).
Da unbekannt ist, ob eine erhöhte T-Antigen-Konzentration eventuell toxisch für CAP-Zellen ist, wurde versucht, T-Antigen mit Hilfe unterschiedlich starker Promotoren zu exprimieren. Es konnte gezeigt werden, dass die Expression eines Referenzproteins in CAP-Zellen am höchsten ausfällt bei der Verwendung des CMV-Promotors, gering schwächer mit dem CAG-Promotor und deutlich schwächer mit dem RSV-Promotor. Mit allen drei Promotoren konnten stabil wachsende Zellpools generiert werden und alle drei Zellpools exprimieren intrazelluläres T-Antigen.There It is unknown if an increased T-antigen concentration possibly toxic to CAP cells, T antigen was attempted express with the help of different strong promoters. It could be shown to be the expression of a reference protein highest in CAP cells in use of the CMV promoter, slightly weaker with the CAG promoter and significantly weaker with the RSV promoter. With all three promoters were able to generate stably growing cell pools and all three cell pools express intracellular T antigen.
5. Transiente Proteinexpression in CAP-
und CAP-T-Zellen (
Das
hier verwendete 359-bp ori-Fragment enthält gegenüber
dem 63 bp langen minimalen ori zusätzlich zu dieser „Core”-Sequenz
noch die 21-bp- und 72-bp-Wiederholungssequenzen (SEQ ID NO: 11).
Diese beiden Wiederholungssequenzen sind zwar hauptsächlich
wichtig für die Funktion des mit dem ori überlappenden
Promotors, es gibt jedoch Hinweise, dass sie auch die SV40-DNA-Replikation verstärken
(
Um zu testen, ob die Konzentration an T-Antigen in der Zelle einen Einfluss auf die Expression eines Referenzproteins hat, wurden drei Zellpools Z582, Z583 und Z597 getestet, die T-Antigen unter unterschiedlich starken Promotoren exprimieren, und mit der transienten Expression in CAP-Zellen, die kein T-Antigen exprimieren, verglichen. Dazu wurden je 1 × 107 Zellen mit Hilfe der Nucleofector Technologie (Amaxa/Lonza, Programm X-001, Puffer V) mit dem zirkulären Plasmid pGS151 transfiziert und in einem Startvolumen von 12 ml kultiviert. Drei und sechs Tage nach Transfektion wurde das Medium ausgetauscht, wobei am Tag 6 auch das Volumen auf 15 ml erhöht wurde. Über den gesamten Verlauf wurde jeden Tag ein Aliquot abgenommen, die Zellzahl bestimmt und die Expression von hAAT mit Hilfe der ELISA (Enzyme-linked Immunosorbent Assay)-Methode unter Verwendung von polyklonalen Anti-hAAT-Antikörpern (ungekoppelt und HRP-gekoppelt; ICN Biomedicals) bestimmt. Als Kontrolle wurde aus humanem Plasma gereinigtes hAAT (ICN Biomedicals) verwendet.To test whether the concentration of T antigen in the cell has an influence on the expression of a reference protein, three cell pools Z582, Z583 and Z597 were tested which express T antigen under promoters of different strengths and with transient expression in CAP Cells that do not express T antigen. For this purpose, 1 × 10 7 cells were transfected using the Nucleofector technology (Amaxa / Lonza, program X-001, buffer V) with the circular plasmid pGS151 and cultured in a starting volume of 12 ml. Three and six days after transfection, the medium was changed, with the volume also increased to 15 ml on day 6. Throughout the course, an aliquot was taken each day, the number of cells determined, and the expression of hAAT using the ELISA (Enzyme-linked Immunosorbent Assay) method using polyclonal anti-hAAT antibodies (uncoupled and HRP-coupled; ICN Biomedicals ) certainly. As a control hAAT purified from human plasma (ICN Biomedicals) was used.
In
Um zu zeigen, dass diese transiente Expressionsleistung nicht spezifisch ist für hAAT, wurde ein weiteres hoch-glykosyliertes Protein Erythropoietin (Epo) in CAP-T Zellen transient exprimiert. Wie für hAAT beschrieben, wurden 1 × 10 CAP-T Zellen aus dem Z597-Zellpool mit den Plasmiden pGS177 (enthält die Epo-Expressionskassette und das SV40-ori-Fragment) transfiziert und Epo im Zellkulturüberstand mittels ELISA (R & D Systems, Quantikine IVD, Human Epo Immunoassay, DEP00) quantifiziert. Über einen Versuchszeitraum von 7 Tagen konnten 0,73 mg Epo exprimiert werden bei einer Expressionsleistung von 32 mg/L (Daten nicht gezeigt).Around to show that this transient expression performance is not specific is for hAAT, was another highly-glycosylated protein Erythropoietin (Epo) transiently expressed in CAP-T cells. As for hAAT 1 × 10 CAP-T cells were extracted from the Z597 cell pool with the plasmids pGS177 (contains the Epo-expression cassette and the SV40 ori fragment) and Epo in cell culture supernatant by ELISA (R & D Systems, Quantikine IVD, Human Epo Immunoassay, DEP00). about a trial period of 7 days, 0.73 mg Epo could be expressed are at an expression performance of 32 mg / L (data not shown).
6. Vergleich mit transienter Expression
in anderen Zellsystemen (
Eine
bereits früher beschriebene humane Zelllinie, die sog.
HEK293-T-Zelllinie, exprimiert stabil das SV40 T-Antigen und basiert
auf der humanen, Adenovirus-transformierten HEK293-Zelllinie (
Obwohl die 293-T-Zellzahl am Tag 9 deutlich höher ist als mit CAP-T, ist die transiente Expression in CAP-T gegenüber 293-T ca. 40-fach erhöht.Even though the 293 T cell count on day 9 is significantly higher than with CAP-T, is the transient expression in CAP-T 293-T increased about 40 times.
7. Replikationsassay (
In
einem Replikationsassy sollte gezeigt werden, ob die Expression
von T-Antigen in CAP-T-Zellen zu einer erhöhten Kopienzahl
des ori-enthaltenden Expressionsplasmids führt und somit
die deutlich erhöhte transiente Proteinexpression erklärt.
Dazu wurden Z597- bzw. HEK293-T-Zellen mit den Plasmiden pGS116
bzw. pGS151 transfiziert und wie oben beschrieben kultiviert. Nach
6, 12, 24, 48, 72 und 96 Stunden wurden je 1 × 105 Zellen entnommen, abzentrifugiert, in PBS
aufgenommen und durch Zugabe von gleichem Volumen 0,8 N NaOH lysiert.
Die Zelllysate wurden in einer SlotBlot-Apparatur auf eine positiv
geladene Nylonmembran (GE Healthcare, Hybond-N+) geblottet. Zur
Kontrolle wurden steigende Plasmidmengen pGS116 und pGS151 zu 1 × 105 Z597-Zellen gegeben, wie oben beschrieben
lysiert, und geblottet. Dieser Standard entsprach 1000, 2500, 5000,
10000 und 15000 Kopien pro Zelle. Die DNA wurde durch 30-minütige
Inkubation der Membran bei 120°C fixiert und mit Hilfe
einer nicht-radioaktiv markierten PCR-Sonde aus der hAAT-cDNA nach Angaben
des Herstellers (AlkPhos Direct Labelling and Detection System,
GE Healthcare, RPN 3680 und 3682) sichtbar gemacht. Die Kopienzahl
in pGS116- und pGS151-transfizierten Zellen wurde anhand der bekannten
Konzentration des Standardplasmids quantifiziert. In
Der Nachweis der Expression von T-Antigen in den Amniozytenzelllinien und HEK293-T-Zellen wurde durch Western Blot-Analyse geführt. Von den drei CAP-T-Zellpools und HEK293-T Zellen wurden je 1 × 106 Zellen in 50 μl 50 mM Tris/HCL pH8, 140 mM NaCL, 0.5% NP40, 4 mM EDTA, 2 mM EGTA, 0.5 mM PMSF, 5% Glycerol aufgenommen und für 30 min auf Eis inkubiert. Das Proteingemisch wurde für 10 min bei 13 000 rpm abzentrifugiert und die Proteinkonzentration im Überstand mit Hilfe eines Proteinbestimmungskits (Coomassie, Bradford, Thermo Life Science# 23200) bestimmt. Auf einem 12%igen SDS-Polyacrylamidgel wurden je 10 μg Protein aufgetrennt, auf eine Nitrozellulosemembran (Hybond ECL, Amersham Pharmacia Biotech) transferiert und mit Hilfe eines T-Antigenspezifischen Antikörpers (Abcam, Anti-SV40 T-Antigen ab16879) sichtbar gemacht. Mit diesem Experiment konnte gezeigt werden, dass in Z597 mehr T-Antigen exprimiert wird als in den beiden anderen Pools und als in HEK-293-T-Zellen (Daten nicht gezeigt).Detection of expression of T antigen in the amniocytic cell lines and HEK293 T cells was performed by Western blot analysis. Of the three CAP-T cell pools and HEK293-T cells, 1 × 10 6 cells each were suspended in 50 μl 50 mM Tris / HCl pH8, 140 mM NaCl, 0.5% NP40, 4 mM EDTA, 2 mM EGTA, 0.5 mM PMSF, 5% glycerol and incubated for 30 min on ice. The protein mixture was centrifuged for 10 min at 13 000 rpm and the prote in the supernatant concentration using a protein determination kit (Coomassie, Bradford, Thermo Life Science # 23200). 10 μg protein were separated on a 12% SDS-polyacrylamide gel, transferred to a nitrocellulose membrane (Hybond ECL, Amersham Pharmacia Biotech) and visualized using a T antigen-specific antibody (Abcam, anti-SV40 T antigen ab16879). This experiment showed that more T antigen is expressed in Z597 than in the other two pools and in HEK 293 T cells (data not shown).
8. Transfektion mit Polyethylenimin (
Da
die oben beschriebene Transfektionsmethode nur bedingt skalierbar
ist, wurde ein weiteres Transfektionsreagenz, Polyethylenimin (PEI,
Polysciences, #23966), getestet, das vor allem für Transfektionen
in großem Maßstab beschrieben wurde. Lineares
PEI (MW = 25.000) wurde nach Angaben des Herstellers mit einer Konzentration
von 1 mg/ml gelöst und im Verhältnis DNA:PEI =
1:3 eingesetzt. Zur Transfektion wurden 10 μg pGS151 mit
30 μg PEI gemischt, 10 min bei Raumtemperatur inkubiert
und zu 1 × 107 CAP-T Z597-Zellen
in 6 ml FreeStyle-Medium (Invitrogen #12338-018) gegeben. Nach 5
h wurden 6 ml 293-SFMII Medium zugegeben und die Zellen über
7 Tage inkubiert. Drei Tage nach Transfektion wurde das Medium durch
293-SFMII ausgetauscht und aufgrund des starken Wachstums der Zellen wurde
das Volumen auf 30 ml erhöht. Die
Es folgt ein Sequenzprotokoll nach WIPO St. 25.It follows Sequence listing according to WIPO St. 25. Dieses kann von der amtlichen Veröffentlichungsplattform des DPMA heruntergeladen werden.This can of the official publication platform of the DPMA.
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